— Что мыслимо, то осуществимо
(342) 211-04-96
skr-ips@mail.ru
614067, г. Пермь
ул. Высоковольтная 11
ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
ИНПРОМСТРОЙ / Реализованные проекты, фотогалерея / Химический анализ материала уплотнителя крышки

Химический анализ материала уплотнителя крышки

Заключение о химическом составе, структуре и твердости фрагмента уплотнителя крышки

На исследование представителям ИК «Институт промышленного строительства» представлен фрагмент уплотнителя крышки. Общий вид детали показан на рисунке 1.

Материал фрагмента не магнитится, поверхность темно-золотистого цвета. Условия работы - атмосферный воздух с температурой 398 °С.

Поставлена задача: определить материал фрагмента, его структуру, микротвердость при наличии - определить тип и химический состав покрытия.

Рисунок 1. Общий вид фрагмента уплотнителя после отделения образцов на анализ.

Предварительный анализ химического состава фрагмента проводили на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У с приставкой для рентгеновского спектрального анализа ВДАР-1. По результатам количественного микрорентгеноспектрального анализа фрагментов установлено, что образцы имеют одинаковый элементный состав на поверхности и в сердцевине (см. таблицу 1).

Таким образом, по содержанию основных элементов в различных зонах образцов, предварительно можно заключить, что деталь «уплотнитель крышки» выполнена из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса типа 12Х18Н9 по ГОСТ 5632-72.

Дальнейшие исследования проводили с помощью металлографического анализа. 

Общий характер микроструктуры наплавленного слоя определяли на микроскопе Olympus, GX-51 при увеличении 100, 200 и 500 крат. Травление шлифа производили реактивом «царская водка».

Таблица 1. Элементный состав фрагмента уплотнителя

Место проведения анализа Содержание элементов, % масс
Fe Cr Ni Mn Si
Сердцевина Основа 18,7 9,4 0,8 0,7
Поверхность Основа 17,9 9,5 0,7 0,7

Структуру, общий и локальный элементный состав материала детали исследовали на сканирующем электронном микроскопе (SEM) PHENOM Pro-Х (фирма- изготовитель: Phenom World, Нидерланды) при увеличении от 500 до 10.000 крат и ускоряющем напряжении 15кВ. Локальный химический анализ проводили на интегрированном в SEM энергодисперсионном спектрометре с использованием  пециального программного обеспечения ProSute. Производили 2-3 замера общего и локального химического состава в разных местах объекта, площадь сбора информации колебалась от 4 мкм2 (точечный анализ) до 250000 мкм2 (общий анализ).

Для оценки уровня и распределения микротвердости использовали автоматический микротвердомер DuraScan-70 изготовитель - фирма EMCO-TEST (Австрия). Свидетельство Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии АТ.С.28.002.А №39781, выдано 16.06 2010, действительно до 01. 04. 2016, номер регистрации прибора в Еосударственном реестре средств измерений 44331-10.

Используемая нагрузка - 50 г, шаг измерения - 75 мкм. Все измерения и подготовку образцов осуществляли в соответствии с РОСТ Р ИСО 6507-1 - 2007.

Для заливки микрошлифов использовали прибор Struers CitoPress-10, для приготовления микрошлифов - прибор Struers Tegramin-30.

Металлографическое исследование материала фрагмента до травления свидетельствует о высоком металлургическом качестве и качестве исполнения листовой заготовки материала фрагмента (см. рис.2, а): поверхность детали ровная, гладкая, без каких-либо микродефектов, неметаллические включения при стандартном увеличении (х100) не фиксируются.

Рисунок 2. Общий вид материала фрагмента детали до травления (а) и после травления при небольшом увеличении, - х100.

Рисунок 3, Микроструктура материала фрагмента при различных увеличениях:
а - х200, б - х500.

Металлографические исследования при более высоких кратностях увеличения (рис.З, а-б) показали, что структура материала фрагмента представляет собой аустенит с двойниками отжига. Зерно аустенита достаточно мелкое - его размеры не превышают 30- 40 мкм. Какой-либо специально нанесенный поверхностный слой отсутствует.

Результаты, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, однозначно показывают, что структура материала детали - это аустенита. Элементный состав, как в сердцевине детали (рис. 4, a-в), так и на поверхности (рис.5, a-в), как показали результаты анализа, соответствует стали 12X18Н9 по ГОСТ 5632.

Аналогичные результаты получены и для локального элементного анализа (рис.6, a-в и рис.7, а-в).

Наблюдения при увеличениях вплоть до 9000 крат показали, что специально нанесенное покрытие на поверхности отсутствует (см рис. 6, а). Имеется лишь тончайший нерегулярный слой толщиной не более 100-200 нм, который, скорее всего, является слоем окислов, полученных в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации детали.

Для оценки микротвердости было сделано три группы отпечатков в виде дорожек по ширине образца. Положение дорожек на образце показано на рисунке 8, а-в.

Микротвердость в дорожке №1 изменяется от 310-315 HV вблизи одной поверхности образца до 250-260 HV на другой поверхности. В центре сечения образца уровень микротвердости составляет 225-230 HV. В дорожке №2 микротвердость меняется следующим образом: на одной поверхности и в центре сечения она составляет 290-300 HV, а на другой поверхности — 250-270 HV. В дорожке №3 на одной поверхности микротвердость достигает максимальных значений — 330-350 HV, в центре она составляет 245-270 HV, а на другой поверхности - 300 HV.

Таким образом, можно отметить, что в центральной части образца уровень микротвердости несколько ниже, чем на его поверхностях. Обычно это связывают с тем, что последние проходы при прокатке листов или полос проводят при температуре окружающей среды, то есть - вхолодную, и повышение твердости на поверхности тонких листов является следствием этой небольшой холодной пластической деформации.

Рисунок 4. Микроструктура и результаты общего элементного анализа материала детали в месте, показанном на рисунке 4,а. Центральная часть фрагмента. 

Рисунок 5. Микроструктура и результаты общего элементного анализа материала детали в месте, показанном на рисунке 5,а. Место анализа - вблизи поверхности фрагмента. 

Рисунок 6. Микроструктура и результаты локального элементного анализа вблизи поверхности фрагмента. Место и площадь анализа указано крестиком. 

Рисунок 7. Микроструктура и результаты локального элементного анализа в сердцевине фрагмента. Место и площадь анализа указано крестиком. 

Рисунок 8. Месторасположение дорожек микротвердости на образце из исследуемого фрагмента: а - левая дорожка (№1), б - центральная дорожка (№2), в - правая дорожка (№3).

 Выводы.

  1. Материалом фрагмента является коррозионно-стойкая, жаростойкая сталь аустенитного класса марки 12Х18Н9 по ГОСТ 5632.
  2. Структура материала представляет собой аустенит с двойниками отжига.
  3. Специальное покрытие на поверхности детали отсутствует, что подтверждается одинаковым локальным элементным составом. Темно-золотистый цвет на поверхности детали вызван наличием тончайшей окисной пленки толщиной не более 100-200 нм. Не исключено, что данная окисная пленка получена в результате длительной эксплуатации детали при температуре 400 °С.
  4. Твердость материала фрагмента в его центральной части несколько ниже, чем на поверхности: 250-270 и 300-350 HV соответственно.
  5. По мнению эксперта, для работы в подобных условиях данный материал по соотношению «Цена - качество» является оптимальным и замены не требует.

 
Эксперт: д.т.н., проф.

Звездочкой (*) отмечены поля, обязательные для заполнения.

Забыли пароль?
Правила Регистарция

Закажите обратный звонок:

Звездочкой (*) отмечены поля, обязательные для заполнения.